模拟硅太阳能电池设计的金属化筛选趋势

由Azonano.com员工作家，改编自Heraeus Photovoltaics业务部门提供的材料。

丝网印刷广泛用于当今硅太阳能电池生产中的太阳能电池金属化，与其他方法相比，提供卓越的成本效益。

尽管浆料供应商在过去十年中发挥了关键作用，以更低的每瓦特美元成本提高电池性能，但进一步降低成本和提高电池效率对他们来说是一个重大挑战。因此，更好地理解最优网格格局趋势与单元效率之间的关系是当务之急。

H型网格图案

图1。矩形太阳能电池的H型网格图案

已建立的H型网格图案，如图1所示，对于串联电阻仿真，构建了以下假设：

(我)	细胞均匀照亮
（ii）	光电流使均匀地流入表面片，并横向地延伸到栅格，然后通过汇流条收集
（iii）	网格线手指和母线横截面区域是矩形的
（iv）	手指是统一的
(v)	手指宽度是转移寿命(LT.）

然而，在实际应用中，丝网印刷的手指很少有理想的矩形形状，通常是不均匀的。此外，手指宽度不再是L的1.5倍_T.。因此，I-V测试串联电阻值将因这些差异而从计算值变化。反过来，这导致细胞性能的不准确估计。

本文介绍了修订的模型，用于模拟多晶硅太阳能电池设计中的串联功率损耗，从而大大降低了测试和计算结果之间的差异。

修订型号说明

在修改模型中，单元电池的长度为“A”单元和宽度为“2NB”单元，其中距离其中心的“2B”距离的“N”数量的网格指状物。

整个矩形太阳能电池由重复的单位细胞组成。由串联电阻引起的功率损耗与穿过发射极，母线，栅格手指，接触电阻和电池基部的电流相关。

对于扩散发射器层和基部，D，由Meier给出如下表达式:

在哪里，

j_L.是光产生的电流密度，

R._床单为发射极片电阻，

L是基部厚度，ρBase是半导体基底电阻率。

考虑到屏幕印刷网格手指不是完全矩形的事实，梯形形状或高斯形状用于修改网格手指横截面区域以模拟实用丝网印刷指状物（图2a和2b）。

图2。丝网印刷网格手指横截面区域：（a）梯形形状，（b）高斯形状

网格手指的元件电阻DR描述如下：

在哪里，

a是网格手指的横截面积，ρ_F是网格线电阻率。

梯形网格指的截面面积(图2a)表示为:

在哪里，

W._F是手指宽度，

T._F是手指高度和t_Gα.手指侧壁的斜度是多少

图3。栅格手指的高斯概况

高斯形状网格手指的轮廓（图3）可以表示如下：

在哪里，

T._F为峰值，σ为标准差。

高斯概况的区域可以估计如下所示：

半最大值的全宽度(FWHM)如下所示:

如果s = fwhm / w_F然后，横截面区域可以表示为：

梯形和高斯形状栅格指状物的元件电阻可以分别表示在等式9和10中，通过将公式4和8代入等式3中的等式9给出。

通过电网指的电流的功率损失如下图所示:

梯形网格指和高斯网格指的功率损失分别如式13和式14所示:

图4。手指粗糙度的电阻模型

均匀性是理想和实际网格手指之间的另一个差异。由于它们的粗糙度（图4A），真正的栅格指的线电阻与理想光滑的情况不同。由于屏幕的丝网主要形成粗糙表面，因此谷和峰相对常规。

若R1和R2分别表示谷区和峰区(图4b)，则均匀手指和非均匀手指的电阻分别定义为式15和式16。

其中，f是粗糙度系数，表示如下：

然后，可以分别在等式19和20中给出的等式13和14中表示的手指功率损耗。

除了手指，底座和发射器外，接触电阻是对功率损耗的第四贡献。然后，基于转移长度概念的接触电阻可以表示为：

其中l_T.为传递长度，定义如下:

如果是W._F/ 2> 1.5L_T.然后coth（w_Fl / 2_T.ρc/(L_T.α)。因此，网格宽度为W_F对接触电阻没有任何影响。然而，考虑到当前趋势以最小化单晶和多晶硅太阳能电池的手指宽度至通常约为40〜90μm的指示，该极限无效。因此，在等式21中表达的接触电阻和手指宽之间存在相关性。

由于功率损耗与前接触电阻相关的是2nL²R._C，我= j_L.AB，接触电阻耗散的电源产量可以表示如下：

图5。汇流条的横截面区域

可以使用梯形形状描述汇流条的横截面区域。由于WB是单元电池中的总线宽度的一半（图5），因此汇流条的功率损耗可以表示为：

由于母线的宽度远大于手指的宽度，可以很容易地打印出横截面积为矩形的母线，得到的方程为:

如果功率密度是p_L.而太阳能电池的能量转换效率是η，由前金属阴影引起的功率损耗是：

因此，来自碱基，网格手指，触点，发射器和阴影损耗的功率损耗总和是总功率损耗（等式28）。

然后将公式1、2、19、20、23、24、26归一化到单元格面积2nab，表达式汇总如表1所示。

表格1。功率损失表达概述

单元串联电阻，归一化到单位面积，如下所示:

结果

贺利氏96XX正面银糊应用于使用3母线85手指线屏幕打印两个标准的多晶硅太阳能电池，并且使用商业铝膏来形成后金属化层。表2列出了相关的设备和材料参数，用于估计表1中的标准化功率损耗因子以及相应的单元串联电阻。

表2。单元1和2器件和材料参数

I-V测试值与串联电阻值估算值的比较如表3所示。结果表明，当考虑粗糙度效应时，计算值增加，与测试值更接近。图6给出了三种手指模型的粗糙度系数f与串联电阻的关系。结果清楚地表明手指均匀性的重要性，因为手指粗糙度影响串联电阻值，进而影响电池性能。

图6。串联电阻与粗糙度系数

手指宽度对接触电阻的影响如图7所示。结果表明手指宽度较小，接触电阻越大。因此，与更广泛的手指相比，细胞性能将受到大量影响。最后，使用不同的实验浆料来打印更多的样品（15个细胞）以将所得串联电阻值与估计的样品进行比较。

图7。手指宽度对接触电阻的影响

图8。估算并测试了15个样品的串联电阻值

I-V测试结果和归一化细胞系列电阻值r_S.在图8中描绘了三种手指型模型。图9总结了测试值与估计结果之间的差异。作为估计值与测试值之间的比率的准确性得到了10％〜20％的优化。

图9。串联电阻测试值与估计值之间的差值区间图

结论

以下修改适用于传统H型网格图案功率损耗模型：

• 根据实用丝网印刷手指形状使用高斯或梯形横截面区域
• 模型中考虑了非均匀性效应
• 包括手指宽度对接触电阻率的影响

通过将真实I-V测试数据与估计的数据进行比较来验证新模型的提高准确性。

关于Heraeus Photovoltaics.

这贺利氏光电业务部门是一个行业领先的开发商和金属化浆料制造商，用于光伏产业。

Heraeus.已经超过40年的厚膜浆料制造商。自2008年以来，我们一直是光伏行业的创新供应商，与c-Si电池制造商合作，以提高其电池的效率，无论是传统的还是先进的电池设计。

Heraeus.已开发出已集成在市售技术的银金属化浆料，如MWT，双打印，双印刷，选择性发射极，背面钝化和N型电池。

Heraeus.还扩大了我们的能力，并为薄膜和其他C-Si技术开发了较低的温度处理浆料。

贺利氏的目标是通过我们的创新贴糊设计技术来提高客户的电池效率，降低他们的电池每个瓦特的成本。

此信息已采购，从Heraeus Photovoltaics提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

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